高密度電法勘察隧道工程論文
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1工程實(shí)例及分析
某高速公路擬建隧道位于浙江省東南部，地貌為低山丘陵區(qū)。地質(zhì)資料表明，丘陵表部分布薄層殘坡積含黏性土碎石，灰黃色，稍密。下伏基巖為晶屑玻屑凝灰?guī)r，紫灰色，全風(fēng)化呈砂土狀～碎石狀，厚度一般較小。本次物探工作的主要目的是查明隧道圍巖斷層破碎帶的位置、分布特征和富水狀態(tài)，為隧址區(qū)的工程評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)施工提供科學(xué)依據(jù)。斷層的總體特征是二維板狀體，向下延伸很深。相對(duì)于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為高阻斷層或低阻斷層，這取決于斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。一般來(lái)說(shuō)，新活動(dòng)斷層，電阻率值較低，斷層越老，膠結(jié)程度越強(qiáng)，電阻率值越高；斷層破碎帶越寬，越破碎，電阻率相對(duì)較??；地下和地表水越豐富，電阻率越??；張性斷層少水，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻；有巖脈順斷層侵入，多為高阻。因此，斷層與隧道周圍巖體的電阻率差異為開(kāi)展高密度電法工作提供了良好的前提條件。根據(jù)隧道埋深及分辨率要求，采用工程中最常用的溫納裝置，該裝置受地形和地表不均勻體的干擾小，是公認(rèn)的最穩(wěn)定的裝置，10m電極距，沿隧道線位布置了一條高密度電法測(cè)線。
高密度電阻率法的數(shù)據(jù)處理是將野外觀測(cè)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)儀器自帶的傳輸軟件，傳送到計(jì)算機(jī)上，再采用RES2DINV二維反演軟件處理。在處理中首先對(duì)少數(shù)畸變點(diǎn)進(jìn)行剔除，主要是剔除一些受接地不好電極影響的壞數(shù)據(jù)和采集系統(tǒng)自帶的隨機(jī)高斯干擾數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行地形校正，最后利用圓滑約束最小二乘法進(jìn)行二維反演計(jì)算，迭代次數(shù)3～5次，最終獲得電阻率等值線剖面圖。這些圖件形象直觀地反映出地電斷面的電性分布和構(gòu)造特征，大大提高了分析解釋效果和精度。在等值線圖上根據(jù)視電阻率的變化特征，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，做出地質(zhì)解釋，繪出地質(zhì)解釋圖。圖2為經(jīng)過(guò)反演處理后得到的高密度電法電阻率斷面圖。從圖2中可以看出，電阻率值從上至下逐漸變大，上部相對(duì)低阻為第四系覆蓋層及全強(qiáng)風(fēng)化晶屑玻屑凝灰?guī)r，下部相對(duì)高阻為中風(fēng)化晶屑玻屑凝灰?guī)r。其中在地表位置110～166m及255～303m兩處存在明顯的條帶狀低阻異常，其垂向延伸大、不閉合，而兩側(cè)均為高阻，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料，推測(cè)此兩處異常為斷層破碎帶，帶內(nèi)巖體破碎，完整性差。具體地質(zhì)解釋如圖3所示。根據(jù)高密度電法解譯的斷層破碎帶位置，布置了一個(gè)驗(yàn)證鉆孔ZKS19－1。鉆探結(jié)果顯示：巖芯破碎，多呈碎塊狀，局部短柱狀，呈壓碎構(gòu)造，局部具構(gòu)造角礫特征，隱伏裂隙發(fā)育，裂隙面有綠泥石化現(xiàn)象。圖4為ZKS19－1部分巖芯照片。由此可見(jiàn)，鉆探結(jié)果與高密度電法解譯結(jié)果相吻合，高密度電法取得了良好的地質(zhì)效果，準(zhǔn)確地劃分出了斷層破碎帶分布范圍，為進(jìn)一步劃分隧道圍巖級(jí)別，指導(dǎo)隧道施工奠定了良好的基礎(chǔ)。
2結(jié)語(yǔ)
斷層破壞了巖體的連續(xù)性和完整性，是一種不良地質(zhì)體。在隧道工程建設(shè)中，斷層的存在不僅影響施工安全，還會(huì)影響隧道穩(wěn)定性。因此，必須需采取有效的手段查明隧道區(qū)的地質(zhì)情況，為隧道設(shè)計(jì)與施工提供準(zhǔn)確可靠的地質(zhì)資料。一般而言，僅用鉆探方法調(diào)查斷層，不僅勘察的費(fèi)用大，而且有可能“漏”掉斷層，存在很大的工程隱患。本文在隧道勘察過(guò)程中，通過(guò)高密度電法資料，并布置了相應(yīng)的鉆孔驗(yàn)證，較為準(zhǔn)確地查明了隧道圍巖斷層破碎帶的位置、分布特征和富水狀態(tài)，彌補(bǔ)了鉆探以點(diǎn)代面的不足，提升了勘察效率和質(zhì)量，降低了勘察成本，起到事半功倍的效果，為隧址區(qū)的工程評(píng)價(jià)和設(shè)計(jì)施工提供科學(xué)依據(jù)?！?shí)例表明，高密度電法具有效率高、能夠快速獲取測(cè)線下方電阻率分布，地電信息豐富、直觀、成本較低等優(yōu)勢(shì)，可準(zhǔn)確劃分出斷層破碎帶分布范圍，能有效指導(dǎo)隧道施工，是隧道地質(zhì)工程勘察中一種行之有效的方法。
作者：周志軍 單位：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院